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大学編

NO.111
1.1 繊維用高分子 1.1.2 合成系
研究者名 金元 哲夫
所属 東京理科大学 理学部 応用化学科 教授
研究テーマ 高分子固体の極限構造制御と極限物性
概要(文献10)高分子固体の極限構造制御と極限物性

1.高分子の極限構造と物性

種々の半結晶性高分子において極限構造の達成を試みたが、PE, iso-PP, PAN, iso-poly(4-methyl-pentene), PTFEの5種の高分子では、結晶ヤング率にほぼ等しいヤング率を示す試料が得られた。これらはいずれも超高分子量試料を用い、最適な条件下で超延伸を適用して得られたものである。一方、その他の高分子は長年にわたる研究においても極限構造と物性の達成は困難であった。超延伸によって極限構造を達成するためには、少なくとも結晶が軟化し(結晶分散及び結晶転移の存在)、分子運動が活発になる必要があるという結論が得られている。一方、ヤング率と同様に重要な力学物性値である破断強度は、仮定した破断機構によって理論値が大きく異なり、現在でも結論は得られていない。現在筆者らは、広範な分子量、分子量分布を持ったPEを極限まで引き延ばすことによって、破断強度がどのような因子で整理することが可能であるか、巨視的試料における極限破断強度はどの程度であるかについて研究を行っている。


2.環境と調和を目指した高性能高分子の開発

我々は高分子の化学構造あるいは重合条件によっては、絡み合いの少ない重合体粉末が得られることに着目し、重合体粉末の延伸加工プロセスを工夫して、優れた力学物性を有する材料を作製する方法を検討してきた(PE, PTFE, PCTFE重合体粉末の超延伸)。我々の方法は溶媒を用いる技術に比べ、プロセス的にも単純、省資源、省エネルギーで、かつ毒性と引火性を有する溶媒を用いずにすみ、工業化時も大規模施設が不要で、かつ安全な点が魅力である。この方法は、環境に優しいだけでなく、得られた試料の力学物性値も優れ、例えばPEにおいては、ヤング率150 GPa、破断強度2 GPaと高い値を示している。

また、一方、PLAの実用上の問題点を解決すべく、分子・ナノレベルからミリレベルまでの幅広い領域で構造制御し、構造材料として用いることを研究している。PLAの問題点は特に、(1)結晶化速度が遅く、工業的な成形加工中に結晶性を高く出来ないため、室温では脆い、(2)融点は170℃以上であるが、ガラス転移点以上(約60℃)では軟化し、汎用高分子の耐熱性を引き継げていないことにある。そこで我々は、分子配向の概念を導入し、脆さを改善すると同時に、分子量や光学純度の異なるPLAの結晶化を効率よく進め、物性改善と構造制御について研究を行っている。



3.新しい超延伸法の開発

キーワード 高分子構造解析、ポリ乳酸、新しい超延伸法、高強度繊維